【導(dǎo)讀】年產(chǎn)15萬噸甲醇合成工段工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 ） 10﹣ 6（ 179。－ 179。） ] ＝﹣ （ J∕molk） 副反應(yīng)熱忽略將反應(yīng)的熱量轉(zhuǎn)移到主反應(yīng)上 以 CO CO 計(jì)算甲醇的產(chǎn)率為 60%， 合成氣 CO2 的流量為 :2869Kmol60%＝ ∴ 主反應(yīng)： CO ﹢ 2H2 ＝ CH3OH 放出的熱量 Q 放 1＝ 103ΔrHmθ﹙ 523K﹚＝ 103＝ 71403696 合成氣 CO 的流量為： 14460%＝ kmol ∴ 主反應(yīng)： CO2 ＋ 3H2 ＝ CH3OH ＋ H2O 放出的熱量 Q 放 2＝ 103ΔrHmθ﹙ 523K﹚＝ 103＝ 9754560 ∴ Q 放 1＋ Q 放 2＋ Q1＋ Q2＝ Q 出 10937171＋ 41913885＋ 71403696＋ 9754560＝ 134009312 假設(shè)出合成塔的溫度為 270℃ 即 543K 時(shí)： CO2在 543K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3543＝ （ J∕molk） CO 在 543K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 510﹣ 3543＝ （ J∕molk） H2在 543K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋﹙﹣ ﹚ 10﹣ 3543＋ 210﹣ 6543178。 ＝ （ J∕molk） CH4在 543K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3543＋ 10﹣ 6543178。＝ （ J∕molk） CH3OH 在 543K 時(shí)的 Cp,mθ＝ +10﹣ 3543+（ ﹣ ） 10﹣ 6543178。 ＝ （ J∕molk） H2O 在 543K 時(shí)的 Cp,mθ=＋ 10﹣ 3543＝ （ J∕molk） 生成的 C4H9OH、 CH3OCH3 的質(zhì)量轉(zhuǎn)移到 CH3OH 上 20 則3CHOHm＝ 19776＋ 202＋ 502＝ 20480 3CHOHn＝ 20480247。32＝ 640 則 Q 出 ＝ nCp,mθt＝ Q 進(jìn) ?2 2 2 2 2 2 33 4 4( ) , ( ) ( ) , ( ) ( ) , ( ) ( ) , ( ) ( ), ( ) ( ) , ( ). . . . ..H p m H C O p m C O C O p m C O H O p m H O C H O Hp m C H O H C H p m C Hn C n C n C n C nC n C t Q? ? ????? ? ? ? ???? 進(jìn) [1441＋ ＋ ＋ 102＋ 640＋ 34 ]t ＝ 134009312 ∴ t＝ 270℃ 則產(chǎn)物離開反應(yīng)器的溫度為 270℃ 。 原料氣進(jìn)口溫度為 30℃ ，經(jīng)合成氣換熱后的原料氣溫度為 210℃ 則： CO、 CO H CH4在換熱器進(jìn)出口溫度為 30℃ 、 210℃ 即﹙ 30＋ 210﹚ 247。2 ＝ 120℃ （ 393K）下的比熱容為： CO 在 393K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 510﹣ 3393＝ （ J∕molk） CO2在 393K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3393＝ （ J∕molk ） H2在 393K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋﹙﹣ ﹚ 10﹣ 3573＋ 210﹣ 6393178。 ＝ （ J∕molk） CH4在 393K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3573＋ 10﹣ 6393178。 ＝ （ J∕molk） Q Cnt??吸 = 70％ 453＋ 36470％ 453＋ 4870％453＋ 70％ 453 = 假設(shè)出換熱器物料的溫度為 90℃ ，則出換熱器的平均溫度： ﹙ 90＋ 270﹚ 247。2 ＝ 180℃ （ 453K），則 CO2在 453K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3453＝ （ J∕molk） CO 在 453K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 510﹣ 3453＝ （ J∕molk） H2在 453K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋﹙﹣ ﹚ 10﹣ 3453＋ 210﹣ 6453178。 ＝ （ J∕molk） CH4在 453K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3453＋ 10﹣ 6453178。 ＝ （ J∕molk） 21 CH3OH 在 453K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3453（ ﹣ ） 10﹣ 6453178。＝∕molk） H2O 在 453K 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3453＝ （ J∕molk） Q 放 90％＝ Q 吸 ＝ ∑Cnt ?2 2 2 2 2 23 3 4 4( ) , ( ) ( ) , ( ) ( ) , ( ) ( ) , ( )( ) , ( ) ( ) , ( )0 . 9 . . . ...H p m H C O p m C O C O p m C O H O p m H OC H O H p m C H O H C H p m C Hn C n C n C n Cn C n C T Q? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ? 吸 ΔT＝ 247。＝ 185℃ ∵ ΔT＝ T1－ T2 T2＝ 270－ 185＝ 85℃ 則物料進(jìn)冷卻器的溫度為 85℃ ，出冷卻器的溫度為 48℃ 進(jìn)出口的平均溫度：（ 85＋ 48） 247。2 ＝ ℃ () 則在 時(shí) CH CO CO、 H2的 Cp,mθ為： CO2在 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3＝ （ J∕molk） CO 在 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 510﹣ 3＝ （ J∕molk） H2在 時(shí)的 Cp,mθ＝ 29. 08＋﹙﹣ ﹚ 10﹣ 3+210﹣ 6178。 ＝ （ J∕molk） CH4 在 時(shí)的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3＋ 10﹣ 6178。＝ （ J∕molk） Q1＝ ∑Cnt＝ [( ) ( ).CO COCn＋22( ) ( ).CO COCn＋44( ) ( ).CH CHCn＋22( ) ( ).HHCn] ΔT ＝ [＋ ＋ 34＋ 1441] 310 ＝ 甲醇的沸點(diǎn)為 ℃ ，在 ～ ℃ 為氣態(tài)，則： ﹙ ＋ ﹚ 247。2 ＝ 202（ 475K） 在 475K 時(shí) ， CH3OH 的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3475+（ ﹣ ） 10﹣ 6475178。＝ 甲醇在 48～ ℃ 時(shí)為液態(tài)，則：（ +48） 247。2 ＝ (329K) 在 329K 時(shí) ， CH3OH 的 Cp,mθ＝ ＋ 10﹣ 3329＋ （ ﹣ ） 10﹣ 6329178。＝ 水在 100～ ℃ 時(shí)為氣態(tài)即：（ +100） 247。2 ＝ （ ） 22 在 時(shí) H2O 的 Cp,mθ＝ +10﹣ 3＝ 水在 48～ 100℃ 為液態(tài)（ 100+48） 247。2 ＝ 74（ 347K） 在 347K 時(shí) H2O 的 Cp,mθ＝ +10﹣ 3347＝ ? ?31CHOHQ ＝ CnΔT＝ 640548K＝ ? ?32 CHOHQ ＝ CnΔT＝ 640＝ ? ?21HOQ ＝ CnΔT＝ 102513K＝ ? ?22HOQ ＝ CnΔT＝ 102325K＝ 1128426 又 ∵ ? ?3CHOHQ潛＝ 6401101247。32＝ 22020 ? ?2HOQ潛 ＝ 1022258247。18＝ ∴3 3 2 2 321 1 ( ) 2 ( ) 1 ( ) 2 ( )C H O H C H O H H O H O C H O HQ Q Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? ? ?潛 () 潛 ( H ) ＝ +＋ ＋ 1128426＋ 22020＋ ＝ ∵ Q 吸 ＝ CnΔT＝ Q 放 90％ 冷卻水進(jìn)時(shí)溫度為 33℃ 出來時(shí)溫度為 45℃∴ ﹙ 33＋ 45﹚ 247。2 ＝ （ 310K） H2O 在 310K 時(shí)的 Cpmθ＝ ＋ 10﹣ 3310＝ ∴ Q 吸 ＝ 285 90％＝ 285 n＝ 5500 23 第 4 章 甲醇合成塔的工藝計(jì)算 傳熱面積及催化劑用量 傳熱面積 傳熱溫差為 20℃ ，傳遞熱量為 ,合成塔內(nèi)的總傳熱系數(shù)取為( m2.℃) 。 由公式 Q=KS△Tm 得 S=Q/(K△Tm)= (20)=3740 m2 催化劑用量 入塔氣空速取 12020 h1 入塔氣量 ∕h 故催化劑體積為： 換熱管的選用及排列 管子的選用 選用 Ф 45 ，長度 7000mm 的鋼管，標(biāo)準(zhǔn) GB4237，雙鉬不銹鋼。 由公式 S= 均 Ln 得 n=S/ 均 L=3740/(7)=4004 根 其中因要安排拉桿需要減少 12根，實(shí)際管數(shù)為 3992 根。 管子的排列 合成塔內(nèi)管子分布采用正三角形排列，管間距 a=57mm 殼體和封頭的計(jì)算 殼體直徑 殼體直徑： D=a(b － 1)＋ 2L 式中： a=57 b= n = 3992 = L=2d0=245 mm=90 mm 所以， D=57 （ － 1） ＋ 290= ，取 D=3600mm 殼體厚度 殼體材料選用 20MnMoNi55 鋼 (GB6654)，計(jì)算壁 厚 的公式為： δ =PcDi/（ 2[σ] tФ － Pc） 式中 :Pc— ； 24 Di=3600mm； Ф= ； [σ] t =190Mpa；（取殼體溫度為 250℃ ） δ =36005/ （ 2190 － 5） = 取 C2=3mm ； C1=，原整后取 δ =60mm。 封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。 封頭內(nèi)徑為 3600mm. 由封頭厚度計(jì)算公式： δ=PcD i/（ 4[σ] tФ ） 式中： Pc— ； Di=3600mm； Ф= [σ] t=190Mpa（取殼體溫度為 250℃ ） δ=36005/ （ 4190 － 5 ） = 取 C2=3mm ； C1=，原整后取 δ=60mm ，所以封頭為 DN360060 。 管子拉脫力的計(jì)算 a 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 qp=pf/（ doL ） 式中： f=－ （ ） do 2=57 2－ （ ） 45 2=1224 P= L=100mm 表 合成塔技術(shù)特性表 項(xiàng)目 管子 殼體 材質(zhì) E/MPa 尺寸 管子數(shù) 管間距 /mm 管殼壁溫差 /℃ 管子與管壁連接方式 SAF2205 106 Ф457000 3992 57 20 開槽脹接 20MnMoNi55 106 Ф360060 25 脹接長度 L=100 qp=1224/（ 45100） = b 溫差應(yīng)力導(dǎo)致的每平方米脹接周邊上的拉脫力 qt qt=σt（ d02di2） /（ 4d0L ） 式中： σt=aE（ Tt－ Ts） /（ 1+At/As） At=（ do2－ di2） n=（ 452－ 402） 3992=1331831mm2 As=DSn=360060=678240mm2 σt=10610610/（ 1＋ 1331831/678240） = qt=（ 452－ 402） /（ 445100） = 已知 Tt＞ Ts， pt＞ ps(Tt、 Ts 分別為管壁溫度和殼壁溫度 )； pt 為管程壓力 Mpa； ps 為殼程壓力 ，所以可知 qt 與 qp 的作用力同向，則合拉力 q=＜ [q]，因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。 管板 、折流板的確定 管板 管板直徑 3600，厚度 140mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間 ,采用的材料是13MnNiMoNbR. 折流板 折流板為弓形 h=3/4Di=3/43600=2700mm，折流板數(shù)量為 3，間距取 1680mm， 折流板最小厚度為 25mm，材料為 Q235A 鋼。拉桿 Ф12，共 12 根，材料 Q235A 鋼； 支座的設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定： Dob=Dis＋ (160~400)=3690＋ 230=3920 Dib=Dis－ (160~400)=3690－ 180=3510 式中 Dis—座體基底截面的內(nèi)徑， mm； Dob—基礎(chǔ)環(huán)的外 徑， mm； Dib—基礎(chǔ)環(huán)的內(nèi)徑， mm。 支座采用裙座，裙座座體厚度為 50mm，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)徑 3510mm，外徑 3920mm，基地腳螺栓公稱直徑 M56，數(shù)量為 6 個(gè)。 26 合成塔設(shè)計(jì)匯總表 表 合成塔設(shè)計(jì)匯總表 名稱 項(xiàng)目 型號(hào)規(guī)格 名稱 項(xiàng)目 型號(hào)規(guī)